(57)【要約】【課題】高周波信号ラインとＤＣバイアス供給ラインとが共通ラインとなっていることによって発生する、入力された高周波信号の一部の信号のＤＣバイアス供給ライン側への漏れを低減させ、高出力で高利得が可能な電力増幅器を提供する。【解決手段】  ベースをバイアス供給端子１１に接続し、コレクタを高周波出力端子１２に接続し、エミッタを接地して電流増幅を行い、かつヘテロ接合バイポーラトランジスタからなる増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎを複数並列に接続し、増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎのベース端子毎にベースバラスト抵抗Ｒ１，……，Ｒｎの一方の接続部をそれぞれ接続し、他方の接続部をバイアス供給端子１１に共通接続してバイアス回路１８９に接続し、増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎのベースを共通接続し、容量Ｃを介してＲＦ信号入力端子１０に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースを高周波信号入力端子とバイアス供給端子に接続し、コレクタを高周波出力端子に接続し、エミッタを接地した電流増幅を行う増幅用トランジスタを複数並列に接続した高周波電力増幅器において、
前記複数の増幅用トランジスタのベース端子毎にベース抵抗の一方の接続部をそれぞれ接続し、前記ベース抵抗の他方の接続部をバイアス供給端子に共通接続してバイアス回路に接続し、
前記複数の増幅用トランジスタのベース端子を共通接続し、容量を介して前記高周波信号入力端子に接続したことを特徴とする高周波電力増幅器。
【請求項２】
前記バイアス回路に、外部から制御信号が入力される制御入力端子と、前記複数の増幅用トランジスタのバイアス供給端子に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタとを備え、
前記複数の増幅用トランジスタと前記バイアス供給用トランジスタとを同一半導体基板上に形成したことを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。
【請求項３】
前記複数の増幅用トランジスタと前記バイアス供給用トランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項２記載の高周波電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を増幅する高周波電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、移動体通信分野では、移動体通信端末として、複数の通信方式を統合化した複合携帯電話端末が主流になりつつある。例えば、ＰＤＣ(Personal Digital Cellular)方式やＷ−ＣＤＭＡ(Wide band Code Division Multiple Access)方式、さらには両方式に対応した携帯端末が考えられる。このような複合携帯電話端末によれば、ＰＤＣ方式のサービスエリアの広さ、Ｗ−ＣＤＭＡ方式のデータ通信速度、といったそれぞれの長所を生かすことができるため、今後急速な普及が期待されている。また、Ｗ−ＣＤＭＡ方式のマルチバンドに対応した通信システムについても現在検討されている。
【０００３】
ところで、このような複合移動体通信端末では、搬送波として使用する周波数が異なるため、高周波回路ブロックを各搬送波の周波数に対応させ、２ブロック作成する必要がある。また、移動体通信端末の小型化を実現するため、移動体通信端末基板の部品点数の削減し、高周波回路ブロックの小型化することが重要視されている。
【０００４】
以下、ＰＤＣ方式やＷ−ＣＤＭＡ方式といった複数の通信方式に対応した、従来の代表的な携帯電話端末について説明する。
【０００５】
図５は携帯電話端末における無線部の構成を示すブロック図である。図５に示すように、携帯電話端末の無線部は、送信部２００、受信部４００、シンセサイザ部４１０、共用器部５００からなる。
【０００６】
送信部２００は、変調信号を送信周波数（ＰＤＣ方式の場合には、約９００ＭＨｚ、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の場合には、約１．９ＧＨｚ）の送信信号に変換する変調器２０１、変調器２０１の一方の出力信号（１ｍＷ以下）を最大１０ｍＷ程度まで増幅する可変利得の高周波増幅回路２０２、送信波帯域の信号を抽出するためのバンドパスフィルタ２０３、バンドパスフィルタ２０３から出力された高周波信号（１０ｍＷ以下）を最大１Ｗ程度まで増幅する固定利得の高出力高周波増幅回路２０４、高出力高周波増幅回路２０４の出力を電波として送信するための共用器部５００へ供給するアイソレータ２０５、変調器２０１の他方の出力信号（１ｍＷ以下）を最大１０ｍＷ程度まで増幅する可変利得の高周波増幅回路２０６、送信波帯域の信号を抽出するためのバンドパスフィルタ２０７、バンドパスフィルタ２０７から出力された高周波信号（１０ｍＷ以下）を最大１Ｗ程度まで増幅する固定利得の高出力高周波増幅回路２０８、高出力高周波増幅回路２０８の出力を電波として送信するための共用器部５００へ供給するアイソレータ２０９で構成されている。
【０００７】
共用器部５００は、アンテナ５０１、アンテナ５０２、デュプレクサ５０３およびデュプレクサ５０４によって構成される。デュプレクサ５０３はＴＸ端子とＲＸ端子とＡＮＴ端子とを有し、ＴＸ端子はアイソレータ２０５の出力端子に接続され、ＲＸ端子は受信部４００の一方の入力端子に接続され、ＡＮＴ端子はアンテナ５０１に接続されている。デュプレクサ５０４はＴＸ端子とＲＸ端子とＡＮＴ端子を有し、ＴＸ端子はアイソレータ２０９の出力端子に接続され、ＲＸ端子は受信部４００の他方の入力端子に接続され、ＡＮＴ端子はアンテナ５０２に接続されている。
【０００８】
受信部４００は、高周波増幅回路４０１とバンドパスフィルタ４０２と高周波増幅回路４０３とバンドパスフィルタ４０４と復調器４０５とバンドパスフィルタ４０６によって構成される。
【０００９】
共用器部５００のアンテナ５０１によって受信された信号は、高周波増幅回路４０１によって増幅され、バンドパスフィルタ４０２によって送信波帯域の信号が抽出され、復調器４０５の一方の入力端子に入力される。また、共用器部５００のアンテナ５０２によって受信された信号は、高周波増幅回路４０３によって増幅され、バンドパスフィルタ４０４によって送信波帯域の信号が抽出され、復調器４０５の他方の入力端子に入力される。復調器４０５において入力端子に入力された信号とシンセサイザ部４１０から供給される局部発振信号とは混合され、復調器４０５の出力信号からバンドパスフィルタ４０６により、中間周波数信号が抽出される。
【００１０】
シンセサイザ部４１０は、温度制御水晶発振器（ＴＣＸＯ）４１１、フェーズロックドループ（ＰＬＬ）回路４１２および電圧制御発振器（ＶＣＯ）４１３によって構成されている。
【００１１】
次に、ＰＤＣ方式やＷ−ＣＤＭＡ方式といった複数の通信方式に対応した高周波増幅回路について説明する。図６は、図５の高出力高周波増幅回路２０４または、高出力高周波増幅回路２０８の回路ブロックを示している。
【００１２】
図６に示す高周波増幅回路は、信号入力端子１８１より入力された高周波信号がインピーダンス変換を行うインピーダンス整合回路１８２を介して増幅器１８４ａに入力され増幅される。増幅器１８４ａの出力信号は、インピーダンス変換を行うインピーダンス整合回路１８５を介して増幅器１８４ｂに入力され増幅される。増幅器１８４ｂの出力信号は、インピーダンス変換を行うインピーダンス整合回路１８７を介し、信号出力端子１８８に送られる。
【００１３】
次に、増幅器１８４（１８４ａ，１８４ｂ）について説明する。高周波回路ブロックで用いられる増幅器としては、ＦＥＴやバイポーラトランジスタを用いて高周波増幅器を実現してきた。電源端子１９０からの電圧Ｖｐｃと制御端子１９１からの電圧Ｖｃｃにより制御されたバイアス回路１８９は、増幅器１８４にあるバイアスを供給することにより、信号入力端子１８１より入力された高周波信号は、増幅器１８４ａ，１８４ｂによって増幅される。
【００１４】
図４は図６の増幅器の構成を示す回路図であり、増幅器１８４は、高周波増幅用トランジスタとして複数のヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Hetero-junction Bipolar Transistor）を用いて構成されている（特許文献１，特許文献２参照）。
【００１５】
図４に示すように、各増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎのエミッタは接地され、各ベースに対し直列に抵抗Ｒ１，……，Ｒｎ（以下、ベースバラスト抵抗と称する）が入っており、さらにベースバラスト抵抗Ｒ１，……，Ｒｎと並列に容量Ｃ１，……，Ｃｎが接続され、ＤＣバイアス供給端子１１とＲＦ信号入力端子１０に接続されている。
【００１６】
図４に示す従来の増幅器によれば、ＤＣ電流がＤＣバイアス供給端子１１よりベースバラスト抵抗Ｒ１，……，Ｒｎを介してバイポーラトランジスタのベース電極に、高周波信号はＲＦ信号入力端子１０から、ベースバラスト抵抗Ｒ１，……，Ｒｎと並列に入った容量Ｃ１，……，Ｃｎを介してベース電極に入力される。その結果、ベースバラスト抵抗によって電力が減衰されることがない電力増幅器が実現可能となった（特許文献１，特許文献２参照）。
【００１７】
また、部品点数削減や小型化を図るために、この電力増幅器１８４のバイアス回路１８９は同一半導体基板に形成された半導体チップ１００上に作成されており、従来のエミッタフォロワトランジスタ型定電圧回路として図４に示す回路がある（特許文献３参照）。
【００１８】
電源端子１９０には、電源回路によりレギュレートされた電圧が与えられ、バイアス供給用トランジスタＱｂ１、第１の温度補償用トランジスタＱｂ２および第２の温度補償用トランジスタＱｂ３の各ベース−エミッタ電圧には、ターン・オン電圧を超える電圧がかかるため、各トランジスタＱｂ１，Ｑｂ２，Ｑｂ３はオンとなり、その結果、増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎが駆動される。
【００１９】
増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎのコレクタ電流は、バイアス供給用トランジスタＱｂ１のエミッタ電流により決定され、そのエミッタ電流は主に抵抗Ｒｂ１の値により決定される。また、増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎとバイアス供給用トランジスタＱｂ１のベース−エミッタ電圧の温度変化を打ち消すために、第１の温度補償用トランジスタＱｂ２と第２の温度補償用トランジスタＱｂ３を２段接続としている。
【００２０】
これらのバイアス回路のバイアス供給用トランジスタＱｂ１、温度補償用トランジスタＱｂ２，Ｑｂ３は増幅器１８４を構成する増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎとは同一半導体基板に形成された半導体チップ１００上に形成されたＨＢＴからできている。
【特許文献１】米国特許第５３２１２７９号明細書
【特許文献２】特開平８−２７９５６１号公報
【特許文献３】特開２００２−９５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、図４に示した従来の回路構成において、高周波信号ラインとＤＣバイアス供給ラインとが一体となっており、ベースバラスト抵抗Ｒ１，……，Ｒｎや容量Ｃ１，……，Ｃｎを介して増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎへのベース電極へ接続される構成になっているため、入力された高周波信号は、全ての信号が各ＨＢＴのベース電極には行かず、一部の信号がＤＣバイアス供給ライン側へ信号が漏れて、バイアス回路１８９が不安定動作となり高周波特性が劣化するおそれがある。
【００２２】
これは図２に示すように、高周波入力信号Ｐｉｎが大きくなるほど、バイアス回路１８９のバイアス供給用トランジスタＱｂ１のベース・エミッタ間の電圧が小さくなり、その結果、電流供給能力が下がり、図３に示すように、電力増幅が抑制されてしまう問題がある。また各増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎのベース電極に入る容量Ｃ１，……，Ｃｎの値は、高周波的なロスを考慮すると大きな容量が必要となる。仮に各ＨＢＴに１０ｐＦ程度の容量を付けたとするとチップ面積が非常に大きくなり、さらにレイアウト設計の自由度もなくなる。
【００２３】
本発明は、このような問題点を解決し、高周波信号ラインとＤＣバイアス供給ラインとが共通ラインとなっていることによって発生する、入力された高周波信号の一部の信号のＤＣバイアス供給ライン側への漏れを低減させ、高出力で高利得を実現した高周波電力増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前記目的を達成するため、本発明は、ベースを高周波信号入力端子とバイアス供給端子に接続し、コレクタを高周波出力端子に接続し、エミッタを接地した電流増幅を行う増幅用トランジスタを複数並列に接続した高周波電力増幅器において、前記複数の増幅用トランジスタのベース端子毎にベース抵抗の一方の接続部をそれぞれ接続し、前記ベース抵抗の他方の接続部をバイアス供給端子に共通接続してバイアス回路に接続し、前記複数の増幅用トランジスタのベース端子を共通接続し、容量を介して前記高周波信号入力端子に接続したことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記バイアス回路に、外部から制御信号が入力される制御入力端子と、前記複数の増幅用トランジスタのバイアス供給端子に前記制御信号に応じたバイアス電流を供給するバイアス供給用トランジスタとを備え、前記複数の増幅用トランジスタと前記バイアス供給用トランジスタとを同一半導体基板上に形成したことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記複数の増幅用トランジスタと前記バイアス供給用トランジスタは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする。
【００２７】
すなわち本発明は、複数個並んだ各ＨＢＴに対してＤＣバイアス供給は、各ＨＢＴのベース部にベースバラスト抵抗を介してＨＢＴのベース電極へ供給し、高周波信号は、ＤＣバイアス供給ラインとは別の高周波信号ラインから一つの容量を介して各ＨＢＴのベース電極と前記ベースバラスト抵抗の間から入力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、高周波信号が、バイアス供給回路側に漏れる量が少ないため、高出力で高利得が可能な電力増幅器を提供することができる。さらにベースラインでのロス低減により高周波特性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施形態の高周波電力増幅器を示す回路図である。なお、図４に示す従来技術における部材と同一の部材、あるいは同一機能の部材につきましては、同一の符号を付すことにより詳細な説明は省略する。
【００３１】
図１に示す増幅器１８４は、図６に示す増幅器１８４において、高周波増幅用トランジスタとして複数のヘテロ接合バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ：Hetero-junction Bipolar Transistor)を用いたものである。
【００３２】
図１に示すように、高周波増幅用トランジスタが複数個並列に配置されており、これにより出力電力を増大させる。各増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎのエミッタは接地され、各ベースに対し直列にベースバラスト抵抗Ｒ１，……，Ｒｎが接続され、バイアス供給端子１１に共通接続されたＤＣバイアス供給ラインよりベースバイアス（Ｖｂｉａｓ）が供給される。また各増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎのベースはさらに共通接続され、容量Ｃを介してＲＦ信号入力端子１０に接続され、高周波信号ラインから高周波信号（ＲＦｉｎ）が入力される。各コレクタは共通接続され、高周波信号（ＲＦｏｕｔ）を出力する高周波出力端子１２に接続される。容量Ｃとしては金属／絶縁層／金属のキャパシタが適用可能である。なお、増幅器１８４において容量Ｃは一つしかないので大きな容量を付けたとしてもチップ面積があまり大きくはならない。
【００３３】
電力増幅器１８４とバイアス回路１８９とは同一半導体チップ１００上に作成されており、エミッタフォロワトランジスタ型定電圧回路として、バイアス電圧供給端子１９０には、電源回路によりレギュレートされた電圧が与えられ、バイアス供給用トランジスタＱｂ１、第１の温度補償用トランジスタＱｂ２および第２の温度補償用トランジスタＱｂ３の各ベース−エミッタ電圧には、ターン・オン電圧を超える電圧がかかるため、各トランジスタＱｂ１，Ｑｂ２，Ｑｂ３はオンとなる。その結果、増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎが駆動される。
【００３４】
増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎのコレクタ電流は、バイアス供給用トランジスタＱｂ１のエミッタ電流により決定され、そのエミッタ電流は主に抵抗Ｒｂ１の値により決定される。また、増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎとバイアス供給用トランジスタＱｂ１のベース−エミッタ電圧の温度変化を打ち消すために、第１の温度補償用トランジスタＱｂ２と第２の温度補償用トランジスタＱｂ３を２段接続としている。
【００３５】
これらのバイアス回路のバイアス供給用トランジスタＱｂ１、温度補償用トランジスタＱｂ２，Ｑｂ３と、増幅器１８４を構成する増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎとは同一半導体チップ１００上に形成されたＨＢＴからできている。
【００３６】
以上のように構成したバイアス回路と高周波増幅器によれば、ベースバラスト抵抗Ｒ１，……，Ｒｎが存在するため、容量Ｃを介して高周波信号ラインから入力された信号（ＲＦｉｎ）において、バイアス回路１８９の方へ信号が漏れる量が少なくなり、従来の構成に比較して、大信号を入力しても図２に示すように、バイアス回路１８９のバイアス供給用トランジスタＱｂ１のベース・エミッタ間の電圧Ｖｂｅが下がらず、その結果、大信号増幅を行うことができる。
【００３７】
また、従来回路と比較して入力電力が大きくなってもバイアス供給用トランジスタＱｂ１のベース・エミッタ間の電圧Ｖｂｅが低下しないことがわかる。図３は従来回路と比較した電力増幅器の入出力電力特性を示す相関図であり、図３に示すように、本実施形態の回路は従来の回路に比べて飽和電力が大きくなっていることがわかる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、バイアス回路１８９としてバイアス供給用トランジスタＱｂ１および温度補償用トランジスタＱｂ２，Ｑｂ３を２段接続した構成にしているが、本発明は上記の構成に限るものではなく、バイアス回路に増幅用トランジスタＱ１，……，Ｑｎと同一半導体基板１００上に形成されたＨＢＴを有している回路構成であれば、どの回路構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の高周波増幅器を用いることにより、小型で高性能な電力増幅器または集積回路装置が得られ、携帯電話端末等の移動体通信端末の送信部の高周波回路部等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態を示す高周波電力増幅器の回路図
【図２】本発明の実施形態および従来の高周波電力増幅器におけるバイアス回路のバイアス供給用トランジスタのベース−エミッタ電圧（Ｖｂｅ）と増幅器への入力電力相関図
【図３】本発明の実施形態および従来の高周波電力増幅器の入力電力−出力電力相関図
【図４】従来の高周波電力増幅器を示す回路図
【図５】高周波電力増幅器を用いた携帯電話端末における無線部の構成を示すブロック図
【図６】高周波増幅回路の回路ブロック図
【符号の説明】
【００４１】
１０  ＲＦ信号入力端子
１１  ＤＣバイアス供給端子
１２  高周波出力端子
１００  半導体チップ
１８１  信号入力端子
１８２，１８５，１８７  インピーダンス整合回路
１８４  増幅器
１８９  バイアス回路
１９０  電源端子
１９１  制御端子
２００  送信部
２０１  変調器
２０２，２０４，２０６，２０８  高周波増幅回路
２０３，２０７  バンドパスフィルタ
２０５，２０９  アイソレータ
４００  受信部
４０１，４０３  高周波増幅回路
４０２，４０４  バンドパスフィルタ
４０５  復調器
４１０  シンセサイザ部
４１１  温度制御水晶発振器（ＴＣＸＯ）
４１２  フェーズロックドループ（ＰＬＬ）回路
４１３  電圧制御発振器（ＶＣＯ）
５００  共用器部
５０１，５０２  アンテナ
５０３，５０４  デュプレクサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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